11.Работа оборудования на частичных нагрузках при сопловом парораспределении

При использовании соплового парораспределения и постоянного давления перед клапанами наибольшим механическим нагрузкам подвергается первая регулирующая ступень.

Рис.3.4-3.5. Схема соплового парораспределения.

При изменении расхода пара через регулирующую ступень изменяется давление в сегментах сопловой коробки и в её камере. Давление пара в КРС при этом изменяется пропорционально его расходу. Поскольку при частичной нагрузке часть клапанов может быть полностью открыта, а другие лишь частично, теплоперепады по этим потокам и перепады давлений в них различны, диск регулирующей ступени нагружается механически неравномерно и в нём возникают изгибные напряжения. Чтобы по возможности избежать одностороннего давления пара на диск выбирают соответствующую очерёдность подачи пара в сопловую коробку одновременно с диаметрально-противоположных сторон.

В классическом случае все РК открываются по очереди. В реальных системах парораспределения, во многих случаях, вначале открывается одновременно сразу несколько клапанов, поэтому у многих типов турбин до нагрузки f=0,6-0,8 парораспределение фактически дроссельное. Очередность подачи пара в сопловые коробки принимается такая, чтобы по возможности избежать одностороннего давления пара на рабочие лопатки. При этом пар подводится одновременно с диаметрально противоположных сторон диска регулирующей ступени.

При сопловом парораспределении потери от дросселирования относятся только на ту часть потока, которая проходит через частично открытый клапан. Поэтому экономичность турбины при частичных нагрузках выше, чем при дроссельном парораспределении (если Р₀= const).

В этом случае процесс работы пара в регулирующей ступени турбины можно условно (приближенно) изобразить так, как представлено на рис. 3.5.

В этом случае весь поток пара условно разбивается на два потока:

а) идущий через полностью открытые клапаны;

б) идущий через частично открытый клапан.

Первый поток дросселированию не подвергается. Второй поток дросселируется в зависимости от степени открытия клапана. В камере регулирующей ступени оба потока перемешиваются, параметры потока выравниваются и становятся равны параметрам смешения (точка смешения h_рс). Энтальпию в точке смешения можно определить по выражению:

β_рс, β_рс1, β_рс2 – соответственно относительный суммарный расход через регулирующую ступень (в зтом случае βрс=1), расход пара через первую группу клапанов (открытые, поток не дросселируется), расход через вторую группу частично открытых клапанов, дросселируемая часть потока.

При сопловом парораспределении и режимах частичной нагрузки КПД регулирующей ступени понижается, что связано с дросселированием пара в частично открытых клапанах, но это снижение идет значительно ниже, чем если дросселировался бы весь поток. Дальнейшее расширение условно можно представить идущим из точки смешения.

Итоговая работа пара в регулирующей ступени определяется теплоперепадом

Н_рс=h₀-h_рс, кДж/кг:

Заводы-изготовители дают зависимость . Она имеет следующий вид (для различных типов турбин разный).

Рис.3.6. Изменение КПД регулирующей ступени в зависимости от расхода пара.

Рассмотрим теперь распределение давлений пара по клапанам, в зависимости от относительного расхода пара:

Рис. 3.7. Изменение давления за регулирующими клапанами от расхода пара.

Давление в камере рс определяет величина пропуска пара в турбину: оно связано с расходом D формулой Стодола-Флюгеля:

(*)

Здесь D – расход пара через группу ступеней в рассматриваемом режиме, кг/с;

D_н – то же в номинальном (или в другом известном заранее) режиме;

Р₁ – давление пара перед группой ступеней в рассматриваемом режиме;

Р₂ - давление пара за группой ступеней в рассматриваемом режиме;

Р_1,н, Р_2,н - то же в номинальном (или в другом известном заранее) режиме;

Т₁ – абсолютная температура (К) перед группой ступерей в рассматриваемом режиме;

Т_1,н - то же в номинальном (или в другом известном заранее) режиме;

В то же время по мере открытия клапанов и роста давления за регулирующей ступенью, расходы пара через ранее открытые клапана снижаются, как представлено на рис.3.8.

Рис.3.8. Изменение расхода пара через клапана.

Характеристика расхода пара турбиной типа К при сопловом парораспределении в отличие от рассмотренной ранее линейной , более правильно выглядит в виде волнообразной кривой. Каждой волне этой зависимости соответствует открытие очередного регулирующего клапана

Рис.3.9. Расход пара через клапана от мощности и очередности и степени открытия клапанов.

Таким образом, хотя влияние процесса дросселирования при сопловом парораспределении уменьшается, но все проблемы, перечисленные выше, в том числе связанные с понижением температуры пара в регулирующей ступени (рис.3.3) сохраняются.